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电网规模储能光伏运营商风电和太阳能发电需求难以匹配。答案是将多余的果汁储存在电网上,直到需要印刷版iconDec 4th 2014

Special Price 作者:太史喧

ON 10月28日在北卡罗来纳州康科德开设了一家电池工厂这对那些经济黑暗时期的地区很有利,但这次活动很少成为头条新闻也许它应该为这家工厂的老板Alevo做出更多的贡献,瑞士公司,不是为手电筒,手机甚至笔记本电脑生产电池的业务,而是制造可存储大量电量的电池,其时间为1兆瓦时,并计划将其销售给电网运营商首先,新电池将用于缓解波谷期间吸收电力和峰值期间回流的不规则需求,从而消除不规则需求的影响

如果这种情况消失,它将不再需要使用燃气驱动的“扬声器”站在需要时迅速启动,但运行成本高昂它还可以使非峰值站更有效地运行阿莱沃认为,如果一个像美国西部互连那样大的电网供应美国和加拿大西部)使用价值18GW的电池,电网每年可节省120亿美元尽管该公司目前还没有北美合同,但它确实签署了在中国广东部署电池的协议然而,平滑现有电网的运行可能只是一个开始从长远来看,乐观主义者认为,像这些电池或某种等效技术是解决这个问题的关键,不仅仅是不规则的需求,太阳能和风能的单位成本越来越接近化石燃料的能源成本,风力并不总是在吹,太阳并不总是闪耀的事实变得越来越令人讨厌

这不仅是巨大的权力差距,是重要的夜晚如下图所示,甚至在白天,甚至在沙漠里,阳光的数量也可能随着时间的变化而变化

当然,风也同样浮躁

廉价的网格尺寸存储将克服这些违规行为然后可再生能源公司可以单独竞争成本如何实现这一目标有很多想法如Alevo的某些产品已准备好出售其他在实验室工作但尚未在现实​​世界中使用的产品其他人在发明者的眼中仍然只是变幻莫测的闪光点,但如果他们中的一个人能够胜任这项任务,那么可再生能源最终可以独立自主,而不必获得补贴并规范存在目前,电网规模的储能主要是抽水电根据电力研究所,一个140GW的美国智囊团在世界各地安装,容量为14TWhr抽水蓄能要求友好的地理环境你需要将两个水库隔开一个很好的海拔高度,但这只是一个将它们与管道连接起来并使用涡轮机的问题,如果这些涡轮机由掉水转动,就会产生电力,但是当供电时,用另一种方式来抽水,从那里来水当电力便宜时让它上坡,当有需求高峰时让它流下来,并且你有一个很好的小生意但并非到处都有顺从的丘陵和山谷而且抽水存储需要很长时间和大量资金来构建从小规模开始,但可根据需要扩展的技术,往往是更好的答案现在包含电池电网规模存储的直接未来可能与真实存在电池而不是地形电池至少,阿列沃认为如此满负荷的情况下,康科德公司的工厂应该每年能够发电162GWhr-1

而阿列沃并不孤单特斯拉正在里诺附近建造一座更大的工厂,内华达州(见文章)为其电动汽车以及本地和电网储能制造电池已经建成或正在建设使用电池监管风电场输出的几个电站在日本仙台,东芝正在创建一个电压使用锂离子电池这将于2015年开放它的最大功率为40MW,并且能够以该速率运行半个小时2013年在德克萨斯州开设的Notrees电池存储项目使用铅酸电池,在汽油和柴油汽车中发现的复杂版本它的最大功率为36MW,可以在全倾角下运行40分钟另一个在Rokkasho的34MW日本项目使用钠硫电池,另一个在阿拉斯加, 27MW,使用镍镉电池 正如列表所示,许多类型的电网规模电池技术都可以使用.Alexvo使用由磷酸铁锂和石墨制成的电极

它们通过无机硫基电解质连接,该组合由该公司声称是特别有利的,因为循环充电和放电状态只会使电池温度发生1°C的变化

这应该可以消除过热的风险,某些类型的锂基电池容易出现

实际上需要高温工作的电池类型在钠硫在Rokkasho部署的这类电池都必须是液体,这意味着电池必须保持在300-350°C的温度

麻省理工学院的Donald Sadoway正在开发的方法将使用两种由液态电解质分离的液态金属这种设计的巧妙之处在于,通过采用致密金属如锑和锑的混合物d铅,锂等轻质电解质和密度在两者之间的电解质,这三种物质将作为单独的层漂浮在容器中,而不是在沙拉酱中的油与醋分离尽管表面上有差异,但一件事是这些电池的共同之处在于它们所含的能量以化学方式储存在其电极中

这至少对于那些具有固体电极的结果是有影响的

随着它们的充电和放电,电极组成的不断变化逐渐使其消失

这种有限的使用寿命是使用电池进行电网规模存储的原因之一仍然很昂贵事实上,阿列沃宣称其电池可以进行超过40,000次充电和放电循环而没有明显的功能丧失,这是其销售空间的重要组成部分

另一种方法称为不受此困难的影响A液流电池的能量储存在其电解液中(其中有两个电解液, (如图1所示),而不是其电极(参见图1)

这不仅会阻止电极磨损,还意味着根据这些电极的尺寸,没有上限,例如电池的能量可以存储其容量取决于用于容纳电解液的槽的大小流动电池是比标准电池更不发达的技术,但是它们开始变得可商购获得许多目前正在销售的那些(由诸如德国的Gildemeister和华盛顿州的UET)使用钒基电解质钒是一种很好的材料,因为它的多种离子态意味着它可以用于储存能量而不必涉及其他试剂,因而使设计复杂化

不幸的是,钒昂贵但是正在开发使用廉价材料的系统有几家公司正在试用电解质中的锌和溴以及其他铁和铬想法仍然在实验室中,基于廉价有机化合物的电池称为蒽醌如果这些产品具有足够的商业化强度,它们将成为电网规模存储市场上的强有力竞争对手但它们并不孤单电池并不是通往目的地的唯一途径如果工程师加利福尼亚州Goleta市的重力发电,即使是抽水蓄能也是如此

他们的方法,从一开始就应该说是现场闪烁其中的最闪亮的眼睛之一即使它最终会失败显示了正在解决问题的思想的原创性Gravity Power提出了两个不同高度的山坡上的大型水库,他们提出了两个充满水的圆柱形轴 - 一个宽于另一个 - 挖入地下(参见图2 )轴将连接顶部和底部以形成回路,在上部连杆中具有与常规抽水蓄能器中使用的类似的组合泵水轮机

较宽的轴将包含一个巨大的圆柱体,通过切割岩石或混凝土作为轴,用作活塞

当水泵水轮机打开时,活塞下沉,驱动水绕过回路并通过涡轮机,产生动力使装置旋转另一种方式是利用电力,而逆流水流又将活塞向上推动这种布置可以储存多少能量取决于轴的深度 这就是棘手的地方,因为如果想法工作的话,需要一些严肃的土木工程

重力动力公司建议井下数百米

这将需要大厚度的合适的岩石 - 在实践中,这可能是石灰石,这是足够柔软以切入 - 因此部署将受到地理学和地质学的限制,而不会因为地质学而受到限制

在活塞和轴之间形成良好的密封不会很微不足道

因此,这将非常昂贵一个700米深的单元,主轴26米,一个大约十分之一的回流轴(或压力管道)将花费1.7亿美元

但是,它可以储存大约200MWhr的能量,产量为50MW

建造一座规模相当于几年的公司,但该公司希望2015年开始在德国彭茨贝格附近的一个示范工厂开展工作,该示范工厂的深度为140米,容量为500千瓦小时,产量为1MW

重力电力公司的方法是唯一依靠地下空间和友好地质学的方法

另一种方法是FIL la地下洞穴与压缩空气为此,洞穴需要密封,这意味着使用已通过溶液采矿挖空的地下盐丘(即盐已经用热水提取)

给定这样的洞穴,压缩空气存储有点像古典抽水蓄能,除了气体而不是液体空气被泵入洞室,增加其压力,然后放出来驱动涡轮机但是有一个问题:当压缩时气体加热并且当它们膨胀时冷却为了使压缩空气储存起作用,因此,从洞穴释放的空气必须被加热(通常通过燃烧天然气),否则它会使涡轮机结冰,这使得压缩空气存储效率低下 - 原因之一在世界上只有两个电网规模的例子(一个在德国,另一个在阿拉巴马州)如果压缩的热量可以被捕获,储存和回收,这将会改变这就是LightSail Energy的目标,LightSail Energy是一家基于乙加利福尼亚州的Erkeley LightSail开发了一种小型的,但仍然是网格级的压缩空气系统,可以将水喷射到压缩室中,在空气体积缩小时对空气进行冷却

然后将空气储存在一套总容积为42,000升,水的热负荷被放入两个储罐中,总共约有四分之一的储气罐容积

目前,该装置可以储存700kWhr的能量,但这应该升高到11MWhr时(按计划)加压到300个大气压,而不是现在的200这是比Alevo的电池组多一个储存1MWhr的分数

相比之下,阿拉巴马州的盐丘可以储存29GWhr如果要储存热量在规模上,一些发明人宁愿简化工艺,排除压缩空气,并专心隔离热量

英国Fareham的一家公司Isentropic计划采用气体的压缩和膨胀(在这种情况下,氩气)创造热量和合作ld分别装在两个大容器的砂砾中 - 这是最便宜的固体储热介质之一

再次涉及到一台泵 - 水轮机当电力充沛时,以及气流稀少时进行压缩和膨胀,热流量以及整个过程都被颠倒了

这些想法也没有成为名单的终点

从苏黎世的ABB这样的巨头到像LightSail的邻居伯克利能源科学公司这样的小公司,几家公司正在推动巨型飞轮答案的至少一部分另一个建议 - 为了填补供应中的最短不规则性,那些持续几秒或几分钟的问题,例如由于太阳前面云层的通过而引起的,就是使用超级电容器,它将电力储存为实际的电荷,而不是将它转化为化学或物理的非电力形式的势能在量表的另一端,就供应缺口的大小而言,即夜间浩当太阳能无法运行时,几个研究小组试图使用熔融盐(通常是硝酸钠和硝酸钾)来储存白天聚集的热量,然后在晚上为发电机提供蒸汽

另外还有一个想法尽管它依赖于正在开发的新存储技术,但并不依赖于专门针对电网规模存储开发的技术 这是为了使用电动汽车,它的提议者希望在接下来的几十年内从内燃机驱动的汽车中接管电动汽车

在这些人的想象中,这些汽车的电池(当闲置,被附加到电网为了充电),可以被用作一个巨大的存储网络,在需求高峰时被车主的许可掠夺这是一个有趣的想法 - 但这些时间和汽车最有可能在路上行驶的时代可能会在实践中将其糟As它也许可以回答关于无处不在的电动汽车如何实际成为问题的答案

这将取决于电池的未来成功和负担能力从启动到成功的路径是根据你的观点,大量的商业模式依赖于他们的假定利润,这是根据你的观点,无论是补贴还是对经济外部因素的考虑(形式为o f气候变化)特别是德国的Energiewende和加利福尼亚州的可再生能源计划通过要求这些地区的大部分电力可再生,有助于推动经济繁荣您的账单,先生这个世界无疑会更好如果化石燃料强加的外部性在电力价格中得到妥善解释的话,那么这个地方就是一个难题,但这不仅仅是因为关于这些外部性的真实规模的分歧

同时,如果电网规模的存储能够被推出没有纳税人的支持这是观察阿莱沃的例子的主要原因它说它可以赚钱,即使在无补贴的电网中,因为它已经无情地降低制造成本并尽可能地简化了技术这是一种务实的方法如果它工程和其他证明能够模仿它,那么运行电网的成本,从而电力的价格将下降,这将是一个去但成功将改变这种电网的本质,使其能够吸收更多的风能和太阳能,即使这是电网所有者意想不到的结果对于化石燃料(特别是天然气)而言,还有多少尚不得而知

越来越便宜但可再生能源将不再以一只手背在背后与战斗搏斗